Auf der Suche nach den ältesten Sternen (German Edition)

Auge als eine andere Farbe wahrgenommen – so verläuft das sichtbare Licht von Violett-Blau bei etwa 390 Nanometern über Grün bei ca. 510 nm, Orange bei ca. 600 nm bis zu Dunkelrot bei etwa 740 nm. Der Bereich des sichtbaren Lichts ist in Farbabbildung 7.A schematisch dargestellt. Die Farben des Regenbogens zeigen somit die ganze Bandbreite an Wellenlängen, die wir mit dem Auge wahrnehmen können. Wenn Licht von allen diesen Farben gleichzeitig auftritt, wird es als weiß empfunden, da es nichts weiter als eine Komposition aller Wellenlängen ist.

Abb. 7.B
    Elektromagnetische Strahlung tritt aber auch in anderen Wellenlängenbereichen auf. Wir alle kennen die sogenannten Röntgenstrahlen, mit denen Knochen im Körper sichtbar gemacht werden können, Mikrowellenstrahlung aus der Küche, Radiowellen und auch Infrarotstrahlung, die wir z.B. von einem Feuer kommend als Wärme fühlen können. Ultraviolette Strahlen können ebenfalls nicht gesehen werden, aber nach einem Sonnenbrand sind die Folgen einer solchen Bestrahlung schmerzhaft zu spüren. Abbildung 7.1 zeigt den gesamten Wellenlängenbereich mit den verschiedenen Strahlungsarten.

Abb. 7.1 : Das elektromagnetische Spektrum vom Gammastrahlenbereich über das sichtbare Licht zu langen Radiowellen. Wie durchsichtig die Erdatmosphäre bei verschiedenen Wellenlängen ist, wird oben illustriert. Für viele Beobachtungen sind deswegen Weltraumteleskope nötig.
    Die Wellenlänge bestimmt also das Verhalten von elektromagnetischer Strahlung, die ab jetzt vereinfachend als Licht bezeichnet wird, unabhängig davon, um welche Wellenlänge es sich handelt. Licht besitzt gleichzeitig eine Wellen- und eine Teilchennatur. Je nach Wellenlänge besitzen die Photonen, also die Licht-Teilchen, eine bestimme Energie. Da entweder die Wellenlänge oder die Frequenz von Licht gemessen werden kann, kann so auf die Energie geschlossen werden. Energiereicheres Licht hat kürzere Wellenlängen und somit eine höhere Frequenz. Langwelliges, energieärmeres Licht besitzt dementsprechend niedrigere Frequenzen. Generell kann Licht durch seine Wellenlänge, Intensität, Ausbreitungsrichtung und -geschwindigkeit beschrieben werden. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum mit etwa 300 000 km/s ist dabei eine bekannte Naturkonstante. Nichts bewegt sich schneller als Licht im Vakuum. Fast alle kosmischen Objekte senden elektromagnetische Strahlung über einen weiten Wellenlängen- bzw. Energiebereich aus, der auch sichtbares Licht beinhaltet. Mit unterschiedlichen Arten von Teleskopen können diese verschiedenen Wellenlängen beobachtet werden – auch weit außerhalb des sichtbaren Bereichs.
    Der Begriff »Körper« steht im Folgenden für alle Objekte – denn wie sich zeigt, »leuchtet« alles auf die eine oder andere Weise um uns herum. Die Temperatur eines Körpers bestimmt, welche Art von elektromagnetischer Strahlung hauptsächlich ausgesendet wird, also welche Wellenlängen das von ihm ausgehende Licht besitzt. Dies bedeutet, dass ein kühlerer Körper hauptsächlich, aber nicht ausschließlich bei längeren Wellenlängen als ein heißerer Körper strahlt. Mit ansteigender Temperatur verschiebt sich die Verteilung des Lichts dann aber zu kürzeren Wellenlängen.
    Ein weiteres Beispiel ist der Mensch. Mit 37 Grad C ist ein Mensch ein relativ kalter Körper. Aber auch er strahlt – im langwelligen Infrarotbereich bei 10 000 nm oder 10 Mikrometer. Nachtsichtgeräte sind so konzipiert, dass sie genau in diesem Wellenlängenbereich funktionieren. Auch Feuerwerkskörper strahlen in diesem Bereich. Bei Beobachtungen auf dem Mauna Kea-Berg in Hawaii während des 4. Juli, des Nationalfeiertags der USA, beobachteten meine Kollegen und ich aus 4200 m Höhe neben den Sternen auch das am Strand vor sich gehende Feuerwerk mit einem Nachtsichtgerät. Denn Feuer strahlt hauptsächlich im infraroten und nur relativ wenig im sichtbaren Bereich. Herkömmliche Glühbirnen strahlen ebenfalls im infraroten Bereich und geben nur ca. 10% ihrer Energie als sichtbares Licht ab. Das erklärt, warum sie immer so warm werden und warum Energiesparlampen, die weniger im Infraroten strahlen, so viel energiesparender sind.
    Wie kann diese Regel jetzt auf die Sternbeobachtung übertragen werden? Ein Stern strahlt genauso wie jeder andere Körper – verschieden stark bei verschiedenen Wellenlängen, gemäß einer charakteristischen Energieverteilung. Das Maximum dieser Energieverteilung ist ein Maß für die